EP4400781A1 - Verfahren zum überwachen von arbeitsmittelverlust aus einer wärmepumpe und entsprechend überwachte wärmepumpe - Google Patents

Verfahren zum überwachen von arbeitsmittelverlust aus einer wärmepumpe und entsprechend überwachte wärmepumpe Download PDF

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EP4400781A1
EP4400781A1 EP23213136.7A EP23213136A EP4400781A1 EP 4400781 A1 EP4400781 A1 EP 4400781A1 EP 23213136 A EP23213136 A EP 23213136A EP 4400781 A1 EP4400781 A1 EP 4400781A1
Authority
EP
European Patent Office
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working fluid
heat pump
temperature
conveying device
loss
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23213136.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Deschler
Andreas Maigler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl AKO Stiftung and Co KG
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Publication date
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Application filed by Diehl AKO Stiftung and Co KG filed Critical Diehl AKO Stiftung and Co KG
Publication of EP4400781A1 publication Critical patent/EP4400781A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/005—Arrangement or mounting of control or safety devices of safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
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    • F25B2500/22—Preventing, detecting or repairing leaks of refrigeration fluids
    • F25B2500/222—Detecting refrigerant leaks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/15—Power, e.g. by voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures

Definitions

  • the present invention relates to a method for monitoring working fluid loss from a heat pump and also to a heat pump capable of carrying out such a method.
  • a heat pump as a refrigeration or heating machine usually has a closed working fluid circuit with a conveying device for conveying a working fluid through the working fluid circuit, a drive device for driving the conveying device and at least one heat exchanger in which the working fluid is in heat exchange with a useful fluid of a useful fluid circuit for a thermal object.
  • wear or damage can lead to leaks in the working fluid circuit, through which the working fluid then escapes from the working fluid circuit. This can lead to both a short-term total loss of the working fluid and a long-term escape of the working fluid. If the amount of working fluid in the refrigeration circuit falls below a certain value, the machine loses efficiency; with increasing loss of working fluid, the efficiency drops until the machine fails completely due to a lack of working fluid.
  • An automatic method for monitoring working fluid loss from a heat pump (can be used as a refrigeration machine or heating machine depending on the application) with a working fluid circuit with a conveying device for conveying a working fluid (depending on the application, for example coolant or heating fluid) through the working fluid circuit, a drive device for driving the conveying device, at least one heat exchanger in which the working fluid is in heat exchange with a utility fluid of a utility fluid circuit for a thermal object (cooling object or heating object), and at least one sensor (e.g.
  • thermosensor or circuit sensor for detecting the temperature of the working fluid in the working fluid circuit, in which according to the invention a permanent recording of performance data of the conveying device; an assessment of the temperature of the working fluid on the basis of the recorded performance data of the conveying device; a recording of an actual temperature of the working fluid in the working fluid circuit by a selected one of the at least one sensors; a determination of the difference between the estimated temperature and the recorded actual temperature of the working fluid; and an assessment of whether there is a loss of working fluid from the heat pump based on the determined difference between the estimated and actual temperatures.
  • the performance data of the conveying device can be recorded by sensor systems that are standard in the conveying device, and the actual temperatures of the working fluid in the working fluid circuit can be recorded by sensors that are standard in the working fluid circuit (usually circuit sensors for temperature and pressure in the working fluid line and temperature sensors in elements of the working fluid circuit), so that no additional elements need to be installed in the heat pump to implement the proposed monitoring method.
  • the conveying device drives a working fluid mass flow, which affects the drive of the conveying device within the closed working fluid circuit. and where pressure, mass and temperature of the working medium in the closed working medium circuit are dependent on one another.
  • the working medium pressure exerts a force on the rotor that affects the performance of the conveyor device, and the electrical resistance of the motor windings, the magnetic fields and thus the power consumption of the conveyor device are temperature-dependent, so that the temperature of the working medium can be estimated based on the performance data of the conveyor device. If the pressure drops due to a leak, for example, the pressure-temperature ratio of the circuit system changes, so that the changing ratio influences the power consumption of the conveyor device, which leads to a change in the temperature estimate, and thus a deviation between the estimated temperature and the actual temperature.
  • the performance data of the conveyor device to be recorded contain, for example, at least one parameter that is selected from an electrical resistance of the motor windings and the power consumption of the conveyor device.
  • the method further comprises comparing the determined difference in temperatures with a predetermined limit value associated with the selected one of the at least one sensors, and an existing loss of working fluid is assessed when it has been determined that the determined difference in temperatures exceeds the predetermined limit value.
  • a limit value advantageously supports the variants that a loss of working fluid is likely to occur with a small difference in temperatures and a loss of working fluid is definitely present with a large difference in temperatures.
  • the predetermined limit value is adapted to the sensor selected for this method for detecting the actual temperature of the working fluid, since different temperatures of the working fluid are naturally present in different positions in the working fluid circuit.
  • This use of a limit value supports the correct evaluation of the estimated temperature in the case of a temperature difference that exists even without a loss of working fluid.
  • the method further comprises assessing the amount of working fluid loss based on the magnitude of the limit violation when assessing an existing working fluid loss.
  • the method further comprises outputting (e.g. optically, acoustically and/or digitally) a notification to a user indicating a loss of working fluid from the heat pump. Based on such a notification, the user can activate a repair of the heat pump and protect himself and the environment from critical working fluids being discharged. And if the amount of working fluid loss is also assessed based on the magnitude of the limit value violation, the notification issued to the user can preferably indicate a minor loss of working fluid or a total loss of the working fluid from the heat pump depending on the assessed amount of working fluid loss.
  • the actual temperature of the working medium in the working medium circuit can preferably be measured by a temperature sensor in the conveying device or a circuit sensor upstream of the conveying device or a circuit sensor downstream of the conveying device, since in these variants the temperature estimated at the conveying device without loss of working medium essentially corresponds to the actual temperature recorded.
  • the actual temperature of the working medium in the working medium circuit can also be recorded by a circuit sensor on the side of a respective heat exchanger opposite the conveying device, a temperature sensor in the respective heat exchanger or a temperature sensor in the expansion element, wherein in these variants the comparison of the temperature difference with an associated limit value explained above is preferably carried out.
  • several actual temperatures of the working medium in the working medium circuit are recorded by selected sensors.
  • the respective differences between the estimated temperature and the recorded actual temperatures of the working medium are determined and the determined differences in the temperatures are compared with predetermined limit values that are assigned to the respective sensors. Since the working medium is in different Since the different points in the working fluid circuit have different temperatures as standard, different limit values for the temperature differences must be assigned to the different sensors.
  • This variant with several sensors and accordingly several temperature differences to be processed may be somewhat more complex, but can advantageously assess an existing working fluid loss even more reliably.
  • a working fluid loss from the heat pump can be assessed as existing if at least one predetermined limit value is exceeded by the determined temperature difference.
  • a working fluid loss from the heat pump can be assessed as existing if all predetermined limit values are exceeded by the determined temperature differences.
  • the estimation of the temperature of the working medium, the determination of the difference between the estimated temperature and the recorded actual temperature of the working medium and the assessment of the loss of working medium from the heat pump are carried out by a computer-aided method which is set by a user and/or by artificial intelligence itself. And depending on the embodiment of the monitoring method, this computer-aided method may also compare the determined difference in temperatures with the predetermined limit value.
  • a heat pump (can be used as a refrigeration machine or heating machine depending on the application) contains a working medium circuit with a conveying device for conveying a working medium (depending on the application, for example coolant or heating medium) through the working medium circuit, a drive device for driving the conveying device and at least one heat exchanger in which the working medium is in heat exchange with a utility medium of a utility medium circuit for a thermal object (cooling object or heating object), and at least one sensor (e.g.
  • the conveying device has a power sensor system for detecting performance data of the conveying device
  • the heat pump further has an evaluation unit which is connected to the power sensor system of the conveying device and is configured, to carry out the above-discussed automatic method for monitoring working fluid loss from the heat pump according to the invention.
  • the heat pump preferably further comprises an output element which is connected to the evaluation unit and is configured to output to a user an indication of loss of working fluid from the heat pump (e.g. optically, acoustically and/or digitally).
  • an output element which is connected to the evaluation unit and is configured to output to a user an indication of loss of working fluid from the heat pump (e.g. optically, acoustically and/or digitally).
  • the at least one sensor for temperature detection contains a temperature sensor in the conveying device and/or a circuit sensor upstream of the conveying device and/or a circuit sensor downstream of the conveying device.
  • a circuit sensor on the side of a respective heat exchanger opposite the conveying device and/or a temperature sensor in the respective heat exchanger and/or a temperature sensor in the expansion element can also be included.
  • the evaluation unit contains a computer-aided method that is configured to estimate the temperature of the working medium based on the performance data of the conveying device recorded by the performance sensor system, to determine the difference between the estimated temperature and the recorded actual temperature of the working medium, and to assess the loss of working medium from the heat pump.
  • This computer-aided method can be set by a user and/or by artificial intelligence itself.
  • the evaluation unit for carrying out the monitoring of loss of working medium from the heat pump can optionally be integrated with a control unit for controlling the drive device for the conveying device (optionally in a common control system).
  • the invention also relates to an electronic device (for example as a household appliance, commercial device or vehicle device) which has a Heat pump according to the invention and at least one thermal object (cooling object or heating object) whose working medium circuit is in heat exchange with the working medium circuit in the at least one heat exchanger of the heat pump.
  • the electronic device can be, for example, a laundry treatment device, a refrigerator and/or freezer, an air conditioning system or the like.
  • a heat pump according to the invention is explained by way of example in the form of a refrigeration system for a cooling object.
  • this heat pump can also be used as a heating system for a heating object.
  • the thermal object can be, for example, a unit of a household appliance, for example a laundry treatment device, a refrigerator and/or freezer, an air conditioning system, etc.
  • the heat pump 10 has a working medium circuit 12 for a working medium (e.g. refrigerant R134a), which has a working medium conveying device 15 in the form of a compressor or compressor, a high-pressure side heat exchanger 16 in the form of a condenser or condenser, an expansion element 17 in the form of an expansion valve or a throttle and a low-pressure side heat exchanger 18 in the form of an evaporator along the working medium line 13.
  • the gaseous working medium is first compressed in the compressor 15 and then liquefied in the condenser 16 while releasing heat, for example to the environment.
  • the liquefied working medium is then expanded by the expansion valve 17.
  • the working medium evaporates under Heat absorption at low temperature and then compressed again in the compressor 15.
  • the working medium circuit 12 is in heat exchange with a utility medium circuit 32 of a cooling object 30 in the form of, for example, a cold room.
  • the useful medium circuit 32 in the region of the evaporator 18 contains at least one useful medium conveyor 34a, 34b upstream or downstream of the evaporator 18 for conveying the useful medium (eg cold air flow) through the evaporator, and preferably also at least one temperature sensor 36a, 36b upstream or downstream of the evaporator.
  • the heat pump 10 further includes a control unit 20a for regulating the operation of the components 15, 16, 17, 18 of the working medium circuit 12 and preferably also of the at least one utility medium conveyor 34a, 34b of the utility medium circuit 32.
  • the control unit 20a is typically connected to several circuit sensors 24a, 24b, 24c, 24d for detecting the temperature and/or pressure of the working medium at different points of the working medium circuit 12 and also to the at least one temperature sensor 36a, 36b of the utility medium circuit 32 for detecting the temperature of the utility medium (in each case wirelessly or wired).
  • the control unit 20a controls in particular a drive device 22 for operating the compressor 15 in order to regulate the cooling capacity of the working medium circuit 12 in order to meet the cooling requirement of the cooling object 30.
  • the heat pump 10 therefore also contains an evaluation unit 20b for monitoring the loss of working fluid from the heat pump 10.
  • this evaluation unit 20b is integrated with the control unit 20a in a common control 20.
  • the control unit 20a and the evaluation unit 20b can also be contained in separate controls, wherein the separate controls are then preferably connected to one another.
  • the evaluation unit 20b is connected to a power sensor 26 in the compressor 15 in order to permanently record performance data of the compressor 15.
  • a power sensor 26 is included as standard in a compressor 15.
  • the compressor 15 contains, for example, a compression device for compressing the working medium mass flow introduced from the working medium line 13 before it is discharged into the working medium line 13 and a compressor motor for driving the compression device, wherein the pressure, mass and temperature of the working medium in the closed working medium circuit are dependent on one another and the working medium pressure exerts a force on the rotor that affects the performance of the conveying device, and wherein the electrical resistance of the motor windings, the magnetic fields and thus the power consumption of the conveying device are temperature-dependent.
  • the performance data of the compressor 15 to be recorded by the performance sensor 26 therefore contain an electrical resistance of the motor windings and the power consumption of the conveying device, from which the evaluation unit 20b can estimate the temperature of the working medium in the area of the compressor.
  • the evaluation unit 20b is also connected to at least one sensor 24, 25 for detecting the temperature of the working medium in the working medium circuit 12.
  • the evaluation unit 20b is connected to at least one of the temperature sensor 25a in the compressor 15 and the circuit sensor 24d upstream of the compressor 15 and the circuit sensor 24a downstream of the compressor 15, which each measure the temperature of the working medium in the area of the compressor 15.
  • the evaluation unit 20b can also be connected to at least one of the circuit sensor 24b downstream of the high-pressure side heat exchanger 16 and the circuit sensor 24c upstream of the low-pressure side heat exchanger 18 and the temperature sensor 25b in the high-pressure side heat exchanger 16 and the temperature sensor 25c in the expansion element 17 and the temperature sensor 25d in the low-pressure side heat exchanger 18, which each measure the temperature of the working medium in the working medium circuit 12.
  • the evaluation unit 20b is preferably also connected to an output element 29, with which an indication of an assessed loss of working fluid from the heat pump 10 can be issued.
  • the indication can be given to the user of the heat pump 10, for example, optically and/or acoustically.
  • the Note can also be issued digitally, e.g. wirelessly or via a network to a user device (e.g. mobile phone).
  • the evaluation unit 20b preferably contains a computer-aided method 28 for assessing whether there is a loss of working fluid from the heat pump 10, based on the performance data of the compressor 15 recorded by the performance sensor 26 and the actual temperature of the working fluid recorded by the at least one sensor 24, 25, wherein this computer-aided method 28 can be set by a user and/or even by artificial intelligence. Algorithms attributed to artificial intelligence can optionally be used.
  • a cooling object 30 for cooling the useful medium by the working medium is coupled to the evaporator 18 of the working medium circuit 12.
  • a heating object 31 for heating the working medium by the working medium can be coupled to the condenser 16 of the working medium circuit 12.
  • a first step S110 the performance data of the compressor 15 are continuously recorded.
  • the evaluation unit 20b estimates the temperature of the working medium based on the recorded performance data of the compressor 15.
  • the evaluation unit 20b records an actual temperature of the working medium in the working medium circuit 12, which is measured by one or more of the sensors 24, 25 explained above. Then, in step S116, the evaluation unit 20b determines the difference between the estimated temperature and the recorded actual temperature of the working medium.
  • the evaluation unit 20b can then judge in step S120 whether there is a loss of working fluid from the heat pump 10. If no difference between the estimated temperature and the actual temperature, it is judged that no loss of working fluid exists.
  • step S120 If in step S120 a loss of working fluid from the heat pump 10 has been assessed based on an existing difference between the estimated and the actual temperature of the working fluid, a corresponding indication indicating the loss of working fluid is preferably output to the user via the output element 29 (e.g. optically, acoustically and/or digitally) in a next step S124.
  • the output element 29 e.g. optically, acoustically and/or digitally
  • This information which is issued by the automatic monitoring process 100 of the heat pump 10, allows the user to carry out or arrange for appropriate repairs to the heat pump 10 even in the event of a minor loss of working fluid in order to maintain or restore efficient operation of the heat pump 10. For safety reasons, the system can also be switched off.
  • the recording of the performance data of the compressor 15 and the corresponding evaluations by the evaluation unit 20b are continued when no loss of working fluid has yet been assessed, and preferably also after an assessed loss of working fluid (particularly in the case of a minor loss of working fluid).
  • step S118 is shown, by means of which the working fluid loss can then be assessed even more reliably in step S120, and which is particularly advantageous when detecting an actual temperature of the working fluid somewhere in the working fluid circuit 12 or when detecting several actual temperatures of the working fluid at different points in the working fluid circuit 12.
  • the evaluation unit 20b compares the difference between the estimated and the actual temperature determined in step S116 with a predetermined limit value, wherein this limit value is assigned to and adapted to the respective sensor by which the actual temperature is detected.
  • step S120 an existing loss of working fluid is then assessed if it has been determined in step S118 that the determined difference in temperatures exceeds the respective exceeds a predetermined limit value. If several actual temperatures of the working fluid in the working fluid circuit 12 are detected by respectively selected sensors 24, 25, then in step S120 a loss of working fluid can be assessed as being present if at least one predetermined limit value is exceeded by the determined difference in temperatures or if even all predetermined limit values are exceeded by the determined differences in temperatures.
  • the use of the limit value supports the variants that a loss of working fluid is likely to occur when the temperature difference is small and that a loss of working fluid is definitely present when the temperature difference is large, and also the correct evaluation of the estimated temperature in the case of a temperature difference that exists even without a loss of working fluid when a sensor is used that is located at a different point in the working fluid circuit where the working fluid normally has a different temperature than at the conveyor.
  • the amount of the working fluid loss can also be assessed based on the extent to which the limit value is exceeded.
  • the indication given to the user in step S124 can preferably indicate a minor working fluid loss or a total loss of the working fluid from the heat pump depending on the assessed amount of the working fluid loss.

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Abstract

Um die Effizienz einer Wärmepumpe (10) zu gewährleisten, wird ein automatisches Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) vorgeschlagen, welches ein dauerhaftes Erfassen von Leistungsdaten der Fördervorrichtung (15), ein Einschätzen der Temperatur des Arbeitsmittels auf Grundlage der erfassten Leistungsdaten der Fördervorrichtung (15), ein Erfassen einer tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf (12) durch wenigstens einen ausgewählten Sensor (24a-d, 25a-d), und ein Beurteilen eines Arbeitsmittelverlustes aus der Wärmepumpe (10) basierend auf einer ermittelten Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperaturen aufweist. Falls auf diese Weise ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) beurteilt wird, wird vorzugsweise ein entsprechender Hinweis an einen Benutzer ausgegeben, um den Benutzer anzuregen, Reparaturmaßnahmen an der Wärmepumpe durchzuführen, und Benutzer und Umwelt vor Schaden durch ausgetretene Arbeitsmittel zu bewahren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus einer Wärmepumpe und auch eine Wärmepumpe, die ein solches Verfahren ausführen kann.
  • Eine Wärmepumpe als Kältemaschine oder Heizmaschine hat üblicherweise einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf mit einer Fördervorrichtung zum Fördern eines Arbeitsmittels durch den Arbeitsmittelkreislauf, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Fördervorrichtung und wenigstens einen Wärmeübertrager, in dem das Arbeitsmittel mit einem Nutzmittel eines Nutzmittelkreislaufs für ein thermisches Objekt in Wärmeaustausch steht. Im Laufe der Zeit kann es im Arbeitsmittelkreislauf durch Verschleiß oder Beschädigung zu Leckagen kommen, durch welche das Arbeitsmittel dann aus dem Arbeitsmittelkreislauf austritt. Dies kann sowohl zu einem kurzfristigen Totalverlust des Arbeitsmittels als auch zu einem langfristigen Entweichen des Arbeitsmittels führen. Unterschreitet die Arbeitsmittelmenge im Kältemittelkreislauf einen gewissen Wert, verliert die Maschine an Effizienz; bei einem zunehmenden Arbeitsmittelverlust sinkt der Wirkungsgrad, bis die Maschine aufgrund von Arbeitsmittelmangel komplett ausfällt. Außerdem sind vereinzelte Arbeitsmittel für den Benutzer sowie die Umwelt toxisch und/oder brennbar, sodass eine frühzeitige Leckageerkennung zur Sicherung von Benutzer und Umwelt beitragen soll. Es wurden deshalb für die Detektion von Leckagen der Wärmepumpe bereits Gassensoren und Drucksensoren innerhalb des Wärmepumpengehäuses vorgeschlagen, welche einerseits einen zusätzlichen Herstellungsaufwand durch diese zusätzlichen Sensorsysteme erzeugen und durch welche andererseits nur sehr große Arbeitsmittelverluste erfasst werden können.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus einer Wärmepumpe zu entwickeln, durch welches bereits geringe Arbeitsmittelverluste erkennbar sind, damit Reparaturen früher ausgeführt werden können, und welches keine zu großen Herstellungs- und Kostenaufwände generiert.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch das automatische Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus einer Wärmepumpe, das im unabhängigen Anspruch 1 definiert ist. Einige vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Erfindungsgegenstandes sowie Realisierungen und Anwendungen dieser Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Es wird ein automatisches Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus einer Wärmepumpe (je nach Anwendung als Kältemaschine oder Heizmaschine einsetzbar) mit einem Arbeitsmittelkreislauf mit einer Fördervorrichtung zum Fördern eines Arbeitsmittels (je nach Anwendung zum Beispiel Kältemittel oder Heizmittel) durch den Arbeitsmittelkreislauf, einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Fördervorrichtung, wenigstens einem Wärmeübertrager, in dem das Arbeitsmittel mit einem Nutzmittel eines Nutzmittelkreislaufs für ein thermisches Objekt (Kühlobjekt oder Heizobjekt) in Wärmeaustausch steht, und wenigstens einem Sensor (z.B. Temperatursensor bzw. Kreislaufsensor) zur Temperaturerfassung des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf vorgeschlagen, bei dem gemäß der Erfindung ein dauerhaftes Erfassen von Leistungsdaten der Fördervorrichtung; ein Einschätzen der Temperatur des Arbeitsmittels auf Grundlage der erfassten Leistungsdaten der Fördervorrichtung; ein Erfassen einer tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf durch einen ausgewählten des wenigstens einen Sensors; ein Ermitteln der Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels; und ein Beurteilen, ob ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe vorhanden ist, basierend auf der ermittelten Differenz der eingeschätzten und tatsächlichen Temperaturen, ausgeführt werden.
  • Die Leistungsdaten der Fördervorrichtung (insbesondere Verdichter / Kompressor) können durch standardmäßig in der Fördervorrichtung vorhandene Sensorsysteme erfasst werden, und die tatsächlichen Temperaturen des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf können durch standardmäßig im Arbeitsmittelkreislauf vorhandene Sensoren (üblicherweise Kreislaufsensoren für Temperatur und Druck in der Arbeitsmittelleitung sowie Temperatursensoren in Elementen des Arbeitsmittelkreislaufs) erfasst werden, sodass in die Wärmepumpe für die Realisierung des vorgeschlagenen Überwachungsverfahrens keine zusätzlichen Elemente eingesetzt werden müssen. Die Fördervorrichtung treibt einen Arbeitsmittelmassenstrom, wobei sich dieser innerhalb des geschlossenen Arbeitsmittelkreislaufs auf den Antrieb der Fördervorrichtung auswirkt, und wobei Druck, Masse und Temperatur des Arbeitsmittels im geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf abhängig zueinander sind. Der Arbeitsmitteldruck wirkt eine Kraft auf den Rotor aus, die sich auf das Leistungsbild der Fördervorrichtung auswirkt, und der elektrische Widerstand der Motorwicklungen, die Magnetfelder und damit die Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung sind temperaturabhängig, sodass auf Grundlage der Leistungsdaten der Fördervorrichtung die Temperatur des Arbeitsmittels eingeschätzt werden kann. Wenn der Druck durch zum Beispiel eine Leckage sinkt, ändert sich das Druck-Temperatur-Verhältnis des Kreislaufsystems, sodass das sich verändernde Verhältnis die Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung beeinflusst, was zu einer Änderung der Temperatureinschätzung führt, und damit eine Abweichung der eingeschätzten Temperatur zur tatsächlichen Temperatur stattfindet. Die zu erfassenden Leistungsdaten der Fördervorrichtung enthalten beispielsweise wenigstens einen Parameter, der ausgewählt ist aus einem elektrischen Widerstand der Motorwicklungen und der Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung. Durch das Einschätzen und Auswerten der Temperatur aus den Leistungsdaten der Fördervorrichtung können somit auch schon geringe Arbeitsmittelverluste erkannt werden. Wenn kein Arbeitsmittelverlust existiert, ist natürlich im Wesentlichen keine Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur vorhanden.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren ferner ein Vergleichen der ermittelten Differenz der Temperaturen mit einem vorbestimmten Grenzwert auf, der dem ausgewählten des wenigstens einen Sensors zugeordnet ist, und ein vorhandener Arbeitsmittelverlust wird dann beurteilt, wenn ermittelt worden ist, dass die ermittelte Differenz der Temperaturen den vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Ohne Differenz zwischen eingeschätzter Temperatur und tatsächlicher Temperatur existiert sicher kein Arbeitsmittelverlust. Aber die Nutzung eines Grenzwertes unterstützt vorteilhafterweise die Varianten, dass bei einer geringen Differenz der Temperaturen voraussichtlich ein Arbeitsmittelverlust vorhanden ist und bei hoher Differenz der Temperaturen ganz sicher ein Arbeitsmittelverlust vorhanden ist. Außerdem ist der vorbestimmte Grenzwert dem für dieses Verfahren ausgewählten Sensor zum Erfassen der tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels angepasst, da in verschiedenen Positionen im Arbeitsmittelkreislauf naturgemäß verschiedene Temperaturen des Arbeitsmittels vorhanden sind. Diese Nutzung eines Grenzwerts unterstützt die richtige Auswertung der eingeschätzten Temperatur im Fall einer auch ohne Arbeitsmittelverlust vorhandenen Temperaturdifferenz, wenn ein Sensor benutzt wird, der an einer anderen Stelle im Arbeitsmittelkreislauf vorhanden ist, wo das Arbeitsmittel standardgemäß eine andere Temperatur als an der Fördervorrichtung hat. Und vorzugsweise weist das Verfahren ferner ein Beurteilen der Menge des Arbeitsmittelverlustes basierend auf der Größe der Grenzwertüberschreitung, wenn ein vorhandener Arbeitsmittelverlust beurteilt wird, auf.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Ausgeben (z.B. optisch, akustisch und/oder digital) eines Hinweises an einen Benutzer auf, der einen Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe anzeigt. Basierend auf einen solchen Hinweis kann der Benutzer eine Reparatur der Wärmepumpe aktivieren und sich und die Umwelt vor ausgeleiteten kritischen Arbeitsmitteln schützen. Und wenn auch die Menge des Arbeitsmittelverlustes basierend auf der Größe der Grenzwertüberschreitung beurteilt wird, kann der an den Benutzer ausgegebene Hinweis vorzugsweise abhängig von der beurteilten Menge des Arbeitsmittelverlustes einen geringfügigen Arbeitsmittelverlust oder einen Totalverlust des Arbeitsmittels aus der Wärmepumpe anzeigen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren kann die tatsächliche Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf vorzugsweise durch einen Temperatursensor in der Fördervorrichtung oder einen Kreislaufsensor stromauf der Fördervorrichtung oder einen Kreislaufsensor stromab der Fördervorrichtung gemessen werden, da bei diesen Varianten die an der Fördervorrichtung eingeschätzte Temperatur ohne Arbeitsmittelverlust der erfassten tatsächlichen Temperatur im Wesentlichen übereinstimmt. Alternativ kann die tatsächliche Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf auch durch einen Kreislaufsensor auf der der Fördervorrichtung gegenüberliegenden Seite eines jeweiligen Wärmeübertragers, einen Temperatursensor im jeweiligen Wärmeübertrager oder einen Temperatursensor im Expansionsorgan erfasst werden, wobei in diesen Varianten vorzugsweise das oben erläuterte Vergleichen der Temperaturdifferenz mit einem zugeordneten Grenzwert ausgeführt wird.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere tatsächliche Temperaturen des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf durch jeweils ausgewählte Sensoren erfasst. In diesem Fall werden die jeweiligen Differenzen zwischen der eingeschätzten Temperatur und den erfassten tatsächlichen Temperaturen des Arbeitsmittels ermittelt und werden die ermittelten Differenzen der Temperaturen mit vorbestimmten Grenzwerten, die den jeweiligen Sensoren zugeordnet sind, verglichen. Da das Arbeitsmittel in verschiedenen Stellen des Arbeitsmittelkreislaufs standardgemäß unterschiedliche Temperaturen hat, müssen den verschiedenen Sensoren unterschiedliche Grenzwerte der Temperaturdifferenzen zugeordnet sein. Diese Variante mit mehreren Sensoren und dementsprechend mehreren zu bearbeitenden Temperaturdifferenzen mag etwas aufwändiger sein, aber vorteilhafterweise noch zuverlässiger einen vorhandenen Arbeitsmittelverlust beurteilen können. In einer Variante kann ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe als vorhanden beurteilt werden, wenn mindestens ein vorbestimmter Grenzwert durch die ermittelte Differenz der Temperaturen überschritten wird. In einer anderen Variante, die noch zuverlässiger einen vorhandenen Arbeitsmittelverlust beurteilt, kann ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe als vorhanden beurteilt werden, wenn alle vorbestimmten Grenzwerte durch die ermittelten Differenzen der Temperaturen überschritten werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung werden das Einschätzen der Temperatur des Arbeitsmittels, das Ermitteln der Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels und das Beurteilen des Arbeitsmittelverlustes aus der Wärmepumpe durch ein computergestütztes Verfahren durchgeführt, welches von einem Benutzer und/oder selbst durch künstliche Intelligenz eingestellt wird. Und je nach Ausführungsform des Überwachungsverfahrens wird durch dieses computergestützte Verfahren gegebenenfalls auch das Vergleichen der ermittelten Differenz der Temperaturen mit dem vorbestimmten Grenzwert durchgeführt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Wärmepumpe (je nach Anwendung als Kältemaschine oder Heizmaschine einsetzbar) einen Arbeitsmittelkreislauf mit einer Fördervorrichtung zum Fördern eines Arbeitsmittels (je nach Anwendung zum Beispiel Kältemittel oder Heizmittel) durch den Arbeitsmittelkreislauf, einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Fördervorrichtung und wenigstens einem Wärmeübertrager, in dem das Arbeitsmittel mit einem Nutzmittel eines Nutzmittelkreislaufs für ein thermisches Objekt (Kühlobjekt oder Heizobjekt) in Wärmeaustausch steht, und wenigstens einen Sensor (z.B. Temperatursensor bzw. Kreislaufsensor) zur Temperaturerfassung des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf, wobei die Fördervorrichtung eine Leistungssensorik zum Erfassen von Leistungsdaten der Fördervorrichtung aufweist, und wobei die Wärmepumpe ferner eine Auswerteeinheit aufweist, die mit der Leistungssensorik der Fördervorrichtung verbunden ist und konfiguriert ist, um das oben diskutierte automatische Verfahren zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe gemäß der Erfindung durchzuführen.
  • Mit dieser erfindungsgemäßen Wärmepumpe werden dieselben Vorteile wie mit dem erfindungsgemäßen automatischen Überwachungsverfahren erzielt. Bezüglich der Vorteile und Erklärungen wird deshalb auch auf die oben in Bezug auf das Verfahren erläuterten Vorteile und Erklärungen verwiesen.
  • Die Wärmepumpe weist vorzugsweise ferner ein Ausgabeelement auf, das mit der Auswerteeinheit verbunden ist und konfiguriert ist, um an einen Benutzer einen Hinweis auf Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe auszugeben (z.B. optisch, akustisch und/oder digital).
  • Vorzugsweise enthält der wenigstens eine Sensor zur Temperaturerfassung einen Temperatursensor in der Fördervorrichtung und/oder einen Kreislaufsensor stromauf der Fördervorrichtung und/oder einen Kreislaufsensor stromab der Fördervorrichtung. Alternativ oder zusätzlich können auch ein Kreislaufsensor auf der der Fördervorrichtung gegenüberliegenden Seite eines jeweiligen Wärmeübertragers und/oder ein Temperatursensor im jeweiligen Wärmeübertrager und/oder ein Temperatursensor im Expansionsorgan enthalten sein.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung enthält die Auswerteeinheit ein computergestütztes Verfahren, das konfiguriert ist, um basierend auf den durch die Leistungssensorik erfassten Leistungsdaten der Fördervorrichtung die Temperatur des Arbeitsmittels einzuschätzen, die Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels zu ermitteln und den Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe zu beurteilen. Dieses computergestützte Verfahren kann von einem Benutzer und/oder selbst durch künstliche Intelligenz eingestellt werden. Und die Auswerteeinheit zum Durchführen der Überwachung von Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe kann optional mit einer Steuereinheit zum Ansteuern der Antriebsvorrichtung für die Fördervorrichtung integriert sein (wahlweise in einer gemeinsamen Steuerung).
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein elektronisches Gerät (zum Beispiel als Haushaltsgerät, gewerbliches Gerät oder Fahrzeuggerät), das eine oben beschriebene Wärmepumpe gemäß der Erfindung und wenigstens ein thermisches Objekt (Kühlobjekt oder Heizobjekt), dessen Nutzmittelkreislauf in dem wenigstens einen Wärmeübertrager der Wärmepumpe mit dem Arbeitsmittelkreislauf in Wärmeaustausch steht, aufweist. Das elektronische Gerät kann zum Beispiel ein Wäschebehandlungsgerät, ein Kühl- und/oder Gefriergerät, eine Klimaanlage oder dergleichen sein.
  • Die Erfindung ist durch die anhängenden Ansprüche definiert. Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden beispielhaften Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, zum Teil schematisch:
    • Fig. 1
    den Grundaufbau eines Ausführungsbeispiels einer Wärmepumpe gemäß der Erfindung; und
    Fig. 2
    ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiel eines automatischen Überwachungsverfahren gemäß der Erfindung.
  • Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein Ausführungsbeispiel einer Wärmepumpe gemäß der Erfindung beispielhaft in Form einer Kälteanlage für ein Kühlobjekt erläutert. Alternativ kann diese Wärmepumpe auch als Heizanlage für ein Heizobjekt eingesetzt werden. Das thermische Objekt kann zum Beispiel ein Aggregat eines Haushaltsgeräts sein, beispielsweise eines Wäschebehandlungsgeräts, eines Kühl- und/oder Gefriergeräts, einer Klimaanlage, etc.
  • Die Wärmepumpe 10 hat einen Arbeitsmittelkreislauf 12 für ein Arbeitsmittel (z.B. Kältemittel R134a), der entlang der Arbeitsmittelleitung 13 eine Arbeitsmittel-Fördervorrichtung 15 in Form eines Verdichters oder Kompressors, einen hochdruckseitigen Wärmeübertrager 16 in Form eines Verflüssigers oder Kondensators, ein Expansionsorgan 17 in Form eines Expansionsventils oder einer Drossel und einen niederdruckseitigen Wärmeübertrager 18 in Form eines Verdampfers aufweist. Das gasförmige Arbeitsmittel wird zunächst im Verdichter 15 komprimiert und dann im Verflüssiger 16 unter Wärmeabgabe zum Beispiel an die Umgebung verflüssigt. Anschließend wird das verflüssigte Arbeitsmittel durch das Expansionsventil 17 entspannt. Im anschließenden Verdampfer 18 verdampft das Arbeitsmittel unter Wärmeaufnahme bei niedriger Temperatur, um dann wieder im Verdichter 15 komprimiert zu werden.
  • Am Verdampfer 18 steht der Arbeitsmittelkreislauf 12 mit einem Nutzmittelkreislauf 32 eines Kühlobjekts 30 in Form zum Beispiel eines Kühlraums in Wärmeaustausch. Wie in Fig. 1 angedeutet, enthält der Nutzmittelkreislauf 32 im Bereich des Verdampfers 18 wenigstens einen Nutzmittelförderer 34a, 34b stromauf oder stromab des Verdampfers 18 zum Fördern des Nutzmittels (z.B. Kaltluftstrom) durch den Verdampfer, und vorzugsweise auch wenigstens einen Temperatursensor 36a, 36b stromauf oder stromab des Verdampfers.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält die Wärmepumpe 10 ferner eine Steuereinheit 20a zum Regeln des Betriebs der Komponenten 15, 16, 17, 18 des Arbeitsmittelkreislaufs 12 und vorzugsweise auch des wenigstens einen Nutzmittelförderers 34a, 34b des Nutzmittelkreislaufs 32. Die Steuereinheit 20a ist typischerweise mit mehreren Kreislaufsensoren 24a,24b,24c,24d zum Erfassen von Temperatur und/oder Druck des Arbeitsmittels an verschiedenen Stellen des Arbeitsmittelkreislaufs 12 und auch dem wenigstens einen Temperatursensor 36a, 36b des Nutzmittelkreislaufs 32 zum Erfassen der Temperatur des Nutzmittels (jeweils drahtlos oder leitungsgebunden) verbunden. Die Steuereinheit 20a steuert basierend auf den erhaltenen Parametern insbesondere eine Antriebsvorrichtung 22 zum Betreiben des Verdichters 15 an, um die Kälteleistung des Arbeitsmittelkreislaufs 12 zu regeln, um den Kältebedarf des Kühlobjekts 30 zu erfüllen.
  • Im Laufe der Zeit kann es durch Verschleiß oder Beschädigung des Arbeitsmittelkreislaufs 12 zur Leckage kommen, wodurch das Arbeitsmittel aus dem Arbeitsmittelkreislauf 12 entweichen kann. Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält die Wärmepumpe 10 deshalb außerdem eine Auswerteeinheit 20b zum Durchführen einer Überwachung von Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe 10. Diese Auswerteeinheit 20b ist in diesem Ausführungsbeispiel mit der Steuereinheit 20a in einer gemeinsamen Steuerung 20 integriert. Alternativ können die Steuereinheit 20a und die Auswerteeinheit 20b aber auch in separaten Steuerungen enthalten sein, wobei die separaten Steuerungen dann bevorzugt miteinander verbunden sind.
  • Die Auswerteeinheit 20b ist mit einer Leistungssensorik 26 im Verdichter 15 verbunden, um dauerhaft Leistungsdaten des Verdichters 15 zu erfassen. Eine solche Leistungssensorik 26 ist standardgemäß in einem Verdichter 15 enthalten. Der Verdichter 15 enthält zum Beispiel eine Kompressionsvorrichtung zum Komprimieren des aus der Arbeitsmittelleitung 13 eingeleiteten Arbeitsmittelmassenstroms vor der Ausgabe in die Arbeitsmittelleitung 13 und einen Verdichtermotor zum Antreiben der Kompressionsvorrichtung, wobei Druck, Masse und Temperatur des Arbeitsmittels im geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf abhängig zueinander sind und der Arbeitsmitteldruck eine Kraft auf den Rotor auswirkt, die sich auf das Leistungsbild der Fördervorrichtung auswirkt, und wobei der elektrische Widerstand der Motorwicklungen, die Magnetfelder und damit die Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung temperaturabhängig sind. Die von der Leistungssensorik 26 zu erfassenden Leistungsdaten des Verdichters 15 enthalten deshalb einen elektrischen Widerstand der Motorwicklungen und die Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung, aus denen die Auswerteeinheit 20b die Temperatur des Arbeitsmittels im Bereich des Verdichters einschätzen kann.
  • Wie in Fig. 1 angedeutet, ist die Auswerteeinheit 20b außerdem mit wenigstens einem Sensor 24, 25 zur Temperaturerfassung des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf 12 verbunden. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit 20b mit wenigstens einem des Temperatursensors 25a im Verdichter 15 und des Kreislaufsensors 24d stromauf des Verdichters 15 und des Kreislaufsensors 24a stromab des Verdichters 15 verbunden, die jeweils die Temperatur des Arbeitsmittels im Bereich des Verdichters 15 messen. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit 20b auch mit wenigstens einem des Kreislaufsensors 24b stromab des hochdruckseitigen Wärmeübertragers 16 und des Kreislaufsensors 24c stromauf des niederdruckseitigen Wärmeübertragers 18 und des Temperatursensors 25b im hochdruckseitigen Wärmeübertrager 16 und des Temperatursensors 25c im Expansionsorgan 17 und des Temperatursensors 25d im niederdruckseitigen Wärmeübertrager 18 verbunden, die jeweils die Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf 12 messen.
  • Und wie in Fig. 1 veranschaulicht, ist die Auswerteeinheit 20b vorzugsweise auch mit einem Ausgabeelement 29 verbunden, mit dem ein Hinweis auf einen beurteilten Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe 10 ausgegeben werden kann. Je nach Struktur des Ausgabeelements 29 kann der Hinweis dem Benutzer der Wärmepumpe 10 zum Beispiel optisch und/oder akustisch ausgegeben werden. Wahlweise kann der Hinweis auch digital ausgegeben werden, d.h. zum Beispiel drahtlos oder über ein Netzwerk zu einem Benutzergerät (z.B. Mobiltelefon).
  • Außerdem enthält die Auswerteeinheit 20b vorzugsweise ein computergestütztes Verfahren 28 zum Beurteilen, ob ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe 10 vorhanden ist, basierend auf den durch die Leistungssensorik 26 erfassten Leistungsdaten des Verdichters 15 und der durch den wenigstens einen Sensor 24, 25 erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels, wobei dieses computergestützte Verfahren 28 von einem Benutzer und/oder selbst durch künstliche Intelligenz einstellbar sein kann. Optional können Algorithmen, welche der künstlichen Intelligenz zugeschrieben werden, verwendet werden.
  • Wie oben erläutert, ist im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 an den Verdampfer 18 des Arbeitsmittelkreislaufs 12 ein Kühlobjekt 30 zum Abkühlen des Nutzmittels durch das Arbeitsmittel gekoppelt. Wie in Fig. 1 angedeutet, kann alternativ oder zusätzlich an den Kondensator 16 des Arbeitsmittelkreislaufs 12 ein Heizobjekt 31 zum Aufwärmen des Nutzmittels durch das Arbeitsmittel gekoppelt sein.
  • Bezugnehmend auf Fig. 2 wird nun das erfindungsgemäße automatische Verfahren 100 zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus der oben erläuterten und in Fig. 1 veranschaulichten Wärmepumpe 10 erläutert.
  • In einem ersten Schritt S110 werden dauerhaft die Leistungsdaten des Verdichters 15 erfasst. In Schritt S112 schätzt die Auswerteeinheit 20b auf Grundlage der erfassten Leistungsdaten des Verdichters 15 die Temperatur des Arbeitsmittels ein. In Schritt S114 erfasst die Auswerteeinheit 20b eine tatsächliche Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislaufs 12, die von ein oder mehr der oben erläuterten Sensoren 24, 25 gemessen wird. Dann ermittelt die Auswerteeinheit 20b in Schritt S116 die Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels.
  • Basierend auf der ermittelten Differenz der eingeschätzten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur kann die Auswerteeinheit 20b dann in Schritt S120 beurteilen, ob ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe 10 vorhanden ist. Wenn keine Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur festgestellt wird, wird beurteilt, dass kein Arbeitsmittelverlust existiert.
  • Falls in Schritt S120 basierend auf einer vorhandenen Differenz zwischen der eingeschätzten und der tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe 10 beurteilt worden ist, wird bevorzugt in einem nächsten Schritt S124 ein entsprechender Hinweis, der den Arbeitsmittelverlust anzeigt, über das Ausgabeelement 29 an den Benutzer ausgegeben (z.B. optisch, akustisch und/oder digital).
  • Durch diesen Hinweis, der durch das automatische Überwachungsverfahren 100 der Wärmepumpe 10 ausgegeben wird, kann der Benutzer auch schon bei einem geringfügigen Arbeitsmittelverlust eine entsprechende Reparatur der Wärmepumpe 10 durchführen oder veranlassen, um einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe 10 aufrechtzuerhalten bzw. wieder einzurichten. Sicherheitshalber kann das System auch abgeschaltet werden.
  • Wie in Fig. 2 angedeutet, werden das Erfassen der Leistungsdaten des Verdichters 15 und die entsprechenden Auswertungen durch die Auswerteeinheit 20b weiter durchgeführt, wenn noch kein Arbeitsmittelverlust beurteilt worden ist, und vorzugsweise auch noch nach einem beurteilten Arbeitsmittelverlust (insbesondere im Fall eines geringfügigen Arbeitsmittelverlusts).
  • Außerdem ist in Fig. 2 ein optionaler Schritt S118 dargestellt, durch den dann der Arbeitsmittelverlust in Schritt S120 noch zuverlässiger beurteilt werden kann, und der insbesondere bei Erfassen einer tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels irgendwo im Arbeitsmittelkreislauf 12 oder bei Erfassen mehrerer tatsächlicher Temperaturen des Arbeitsmittels an verschiedenen Stellen im Arbeitsmittelkreislauf 12 vorteilhaft ist. In diesem Schritt S118 wird von der Auswerteeinheit 20b die in Schritt S116 ermittelte Differenz zwischen der eingeschätzten und der tatsächlichen Temperatur mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen, wobei dieser Grenzwert dem jeweiligen Sensor, durch den die tatsächliche Temperatur erfasst wird, zugeordnet und angepasst ist.
  • In Schritt S120 wird dann ein vorhandener Arbeitsmittelverlust beurteilt, wenn in Schritt S118 ermittelt worden ist, dass die ermittelte Differenz der Temperaturen den jeweiligen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Falls mehrere tatsächliche Temperaturen des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf 12 durch jeweils ausgewählte Sensoren 24, 25 erfasst werden, kann dann in Schritt S120 ein Arbeitsmittelverlust als vorhanden beurteilt werden, wenn mindestens ein vorbestimmter Grenzwert durch die ermittelte Differenz der Temperaturen überschritten wird oder wenn sogar alle vorbestimmten Grenzwerte durch die ermittelten Differenzen der Temperaturen überschritten werden.
  • Die Nutzung des Grenzwertes unterstützt die Varianten, dass bei einer geringen Differenz der Temperaturen voraussichtlich ein Arbeitsmittelverlust vorhanden ist und bei hoher Differenz der Temperaturen ganz sicher ein Arbeitsmittelverlust vorhanden ist, und auch die richtige Auswertung der eingeschätzten Temperatur im Fall einer auch ohne Arbeitsmittelverlust vorhandenen Temperaturdifferenz, wenn ein Sensor benutzt wird, der an einer anderen Stelle im Arbeitsmittelkreislauf vorhanden ist, wo das Arbeitsmittel standardgemäß eine andere Temperatur als an der Fördervorrichtung hat.
  • Wie in Fig. 2 dargestellt, kann dann in einem optionalen Schritt S122 nach dem Beurteilen eines vorhandenen Arbeitsmittelverlustes in Schritt S120 auch die Menge des Arbeitsmittelverlustes basierend auf der Größe der Grenzwertüberschreitung beurteilt werden. In dieser Ausgestaltung des Überwachungsverfahrens 100 kann der in Schritt S124 an den Benutzer ausgegebene Hinweis vorzugsweise abhängig von der beurteilten Menge des Arbeitsmittelverlustes einen geringfügigen Arbeitsmittelverlust oder einen Totalverlust des Arbeitsmittels aus der Wärmepumpe anzeigen.
  • Die Erfindung ist durch die anhängenden Ansprüche definiert. Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele dienen nur dem besseren Verständnis der Erfindung, sollen aber nicht den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich einschränken. Wie für den Fachmann ersichtlich, sind auch noch andere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich, insbesondere durch Weglassen einzelner Merkmale aus den oder Hinzufügen zusätzlicher Merkmale in die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
    • BEZUGSZI FFERNLISTE
    • 10
    Wärmepumpe (als Kälteanlage oder Heizanlage)
    12
    Arbeitsmittelkreislauf
    13
    Arbeitsmittelleitung
    15
    Fördervorrichtung, insbes. Verdichter / Kompressor
    16
    hochdruckseitiger Wärmeübertrager, insbes. Verflüssiger / Kondensator
    17
    Expansionsorgan, insbes. Expansionsventil / Drossel
    18
    niederdruckseitiger Wärmeübertrager, insbes. Verdampfer
    20
    Steuerung
    20a
    Steuereinheit für Betrieb der Fördervorrichtung
    20b
    Auswerteeinheit für Überwachungsverfahren
    22
    Antriebsvorrichtung für 15
    24a
    Kreislaufsensor stromab 15 für Temperatur / Druck des Arbeitsmittels in 13
    24b
    Kreislaufsensor stromab 16 für Temperatur / Druck des Arbeitsmittels in 13
    24c
    Kreislaufsensor stromauf 18 für Temperatur / Druck des Arbeitsmittels in 13
    24d
    Kreislaufsensor stromauf 15 für Temperatur / Druck des Arbeitsmittels in 13
    25a
    Temperatursensor in 15
    25b
    Temperatursensor in 16
    25c
    Temperatursensor in 17
    25d
    Temperatursensor in 18
    26
    Leistungssensorik in 15
    28
    computergestütztes Verfahren in 20b
    29
    Ausgabeelement
    30
    thermisches Objekt (Kühlobjekt bei 18)
    31
    thermisches Objekt (Heizobjekt bei 16)
    32
    Nutzmittelkreislauf
    34a
    Nutzmittelförderer stromauf 16 18
    34b
    Nutzmittelförderer stromab 16 18
    36a
    Nutzmittel-Temperatursensor stromauf 16 18
    36b
    Nutzmittel-Temperatursensor stromab 16 18
    100
    Verfahren

Claims (14)

  1. Automatisches Verfahren (100) zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus einer Wärmepumpe (10), wobei die Wärmepumpe (10) einen Arbeitsmittelkreislauf (12) mit einer Fördervorrichtung (15) zum Fördern eines Arbeitsmittels durch den Arbeitsmittelkreislauf (12), eine Antriebsvorrichtung (22) zum Antreiben der Fördervorrichtung (15), wenigstens einen Wärmeübertrager (16, 18), in dem das Arbeitsmittel mit einem Nutzmittel eines Nutzmittelkreislaufs (32) für ein thermisches Objekt (30, 31) in Wärmeaustausch steht, und wenigstens einen Sensor (24a-d, 25a-d) zur Temperaturerfassung des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf (12) aufweist, wobei das Verfahren (100) aufweist:
    dauerhaftes Erfassen (S110) von Leistungsdaten der Fördervorrichtung (15);
    Einschätzen (S112) der Temperatur des Arbeitsmittels auf Grundlage der erfassten Leistungsdaten der Fördervorrichtung (15);
    Erfassen (S114) einer tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf (12) durch einen ausgewählten des wenigstens einen Sensors (24a-d, 25a-d);
    Ermitteln (S116) der Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels; und
    Beurteilen (S120), ob ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) vorhanden ist, basierend auf der ermittelten Differenz der eingeschätzten und tatsächlichen Temperaturen.
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Vergleichen (S118) der ermittelten Differenz der Temperaturen mit einem vorbestimmten Grenzwert, der dem ausgewählten des wenigstens einen Sensors (24a-d, 25a-d) zugeordnet ist, wobei beurteilt wird (S120), dass ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) vorhanden ist, wenn ermittelt worden ist, dass die ermittelte Differenz der Temperaturen den vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
  3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, ferner aufweisend, wenn ein vorhandener Arbeitsmittelverlust beurteilt wird, ein Beurteilen (S122) der Menge des Arbeitsmittelverlustes basierend auf der Größe der Grenzwertüberschreitung.
  4. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Ausgeben (S124) eines Hinweises an einen Benutzer, der einen Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) anzeigt.
  5. Verfahren (100) nach Anspruch 3, ferner aufweisend ein Ausgeben (S124) eines Hinweises an einen Benutzer, der einen Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) anzeigt, wobei der an den Benutzer ausgegebene Hinweis abhängig von der beurteilten Menge des Arbeitsmittelverlustes einen geringfügigen Arbeitsmittelverlust oder einen Totalverlust des Arbeitsmittels aus der Wärmepumpe (10) anzeigt.
  6. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die tatsächliche Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf (12) durch einen Temperatursensor (25a) in der Fördervorrichtung (15) oder einen Kreislaufsensor (24d) stromauf der Fördervorrichtung (15) oder einen Kreislaufsensor (24a) stromab der Fördervorrichtung (15) gemessen wird.
  7. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mehrere tatsächliche Temperaturen des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf (12) durch jeweils ausgewählte Sensoren (24a-d, 25a-d) erfasst werden (S114); die jeweiligen Differenzen zwischen der eingeschätzten Temperatur und den erfassten tatsächlichen Temperaturen des Arbeitsmittels ermittelt werden (S116); die ermittelten Differenzen der Temperaturen mit vorbestimmten Grenzwerten, die den jeweiligen Sensoren (24a-d, 25a-d) zugeordnet sind, verglichen werden (S118); und
    ein Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) als vorhanden beurteilt wird (S120), wenn mindestens ein vorbestimmter Grenzwert durch die ermittelte Differenz der Temperaturen überschritten wird, oder wenn alle vorbestimmten Grenzwerte durch die ermittelten Differenzen der Temperaturen überschritten werden.
  8. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Einschätzen (S112) der Temperatur des Arbeitsmittels, das Ermitteln (S116) der Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels und das Beurteilen (S120) des Arbeitsmittelverlustes aus der Wärmepumpe (10) durch ein computergestütztes Verfahren (28) durchgeführt werden, wobei das computergestützte Verfahren (18) von einem Benutzer und/oder selbst durch künstliche Intelligenz eingestellt wird.
  9. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die zu erfassenden Leistungsdaten der Fördervorrichtung (15) wenigstens einen Parameter enthalten, der ausgewählt ist aus einem elektrischen Widerstand der Motorwicklungen und der Leistungsaufnahme der Fördervorrichtung (15).
  10. Wärmepumpe (10), aufweisend:
    einen Arbeitsmittelkreislauf (12), der aufweist:
    eine Fördervorrichtung (15) zum Fördern eines Arbeitsmittels durch den Arbeitsmittelkreislauf (12),
    eine Antriebsvorrichtung (22) zum Antreiben der Fördervorrichtung (15), und wenigstens einen Wärmeübertrager (16, 18), in dem das Arbeitsmittel mit einem Nutzmittel eines Nutzmittelkreislaufs (32) für ein thermisches Objekt (30, 31) in Wärmeaustausch steht; und
    wenigstens einen Sensor (24a-d, 25a-d) zur Temperaturerfassung des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf (12),
    wobei die Fördervorrichtung (15) eine Leistungssensorik (26) zum Erfassen von Leistungsdaten der Fördervorrichtung (15) aufweist; und
    wobei die Wärmepumpe (10) ferner eine Auswerteeinheit (20b) aufweist, die mit der Leistungssensorik (26) der Fördervorrichtung (15) verbunden ist und
    konfiguriert ist, um das automatische Verfahren (100) zum Überwachen von Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
  11. Wärmepumpe (10) nach Anspruch 10, ferner aufweisend ein Ausgabeelement (29), das mit der Auswerteeinheit (20b) verbunden ist und konfiguriert ist, um an einen Benutzer einen Hinweis auf Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) auszugeben.
  12. Wärmepumpe (10) nach Anspruch 10 oder 11, bei welcher der wenigstens eine Sensor zur Temperaturerfassung einen Temperatursensor (25a) in der Fördervorrichtung (15) und/oder einen Kreislaufsensor (24d) stromauf der Fördervorrichtung (15) und/oder einen Kreislaufsensor (24a) stromab der Fördervorrichtung (15) enthält.
  13. Wärmepumpe (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welcher die Auswerteeinheit (20b) ein computergestütztes Verfahren (28) enthält, das konfiguriert ist, um basierend auf den durch die Leistungssensorik (26) erfassten Leistungsdaten der Fördervorrichtung (15) die Temperatur des Arbeitsmittels einzuschätzen, die Differenz zwischen der eingeschätzten Temperatur und der erfassten tatsächlichen Temperatur des Arbeitsmittels zu ermitteln und den Arbeitsmittelverlust aus der Wärmepumpe (10) zu beurteilen, wobei das computergestützte Verfahren (28) von einem Benutzer und/oder selbst durch künstliche Intelligenz einstellbar ist.
  14. Elektronisches Gerät, aufweisend:
    eine Wärmepumpe (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13; und
    wenigstens ein thermisches Objekt (30, 31), dessen Nutzmittelkreislauf (32) in dem wenigstens einen Wärmeübertrager (16, 18) der Wärmepumpe (10) mit dem Arbeitsmittelkreislauf (12) in Wärmeaustausch steht.
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EP (1) EP4400781A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6330802B1 (en) * 2000-02-22 2001-12-18 Behr Climate Systems, Inc. Refrigerant loss detection
US20050086952A1 (en) * 2001-09-19 2005-04-28 Hikaru Nonaka Refrigerator-freezer controller of refrigenator-freezer, and method for determination of leakage of refrigerant
US20120234030A1 (en) * 2010-02-15 2012-09-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Air conditioning apparatus
US20160047584A1 (en) * 2014-08-13 2016-02-18 Emerson Climate Technologies, Inc. Refrigerant charge detection for ice machines

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6330802B1 (en) * 2000-02-22 2001-12-18 Behr Climate Systems, Inc. Refrigerant loss detection
US20050086952A1 (en) * 2001-09-19 2005-04-28 Hikaru Nonaka Refrigerator-freezer controller of refrigenator-freezer, and method for determination of leakage of refrigerant
US20120234030A1 (en) * 2010-02-15 2012-09-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Air conditioning apparatus
US20160047584A1 (en) * 2014-08-13 2016-02-18 Emerson Climate Technologies, Inc. Refrigerant charge detection for ice machines

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